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1 引言
人类文明的发展与新材料的开发运用密切相关，铁制工具的出现和广泛使用标志着人类文明进入了一个崭新的时期。时至今日，钢铁仍然是人类运用最广泛的材料[1~4]。钢丝制品是钢铁行业的重要产品之一，现代化工业生产的条件下，钢丝拉拔技术快速发展，钢丝制品强度越来越高，并且生产效率也日益升高，而增大拉丝变形应变量和加快拉丝速度是提高产品强度和生产效率的最有效的方法。
1．1 世界线材生产消费的现状
全世界线材产量1988年为5063万t，2023为7860万t，平均每年增长4.6％，2023年已达成10106万t，其中80％以上是高速线材轧机生产，平均年增长6.6％，约占钢产量10％；年产量2OO万t以上国家(或地区)有11个，年产量300万t以上国家(或地区)有4个[13~14]。这4个国家2023年的产量及所占比例分别为：中国4032万t，占39.9％；日本692万t，占6.8％；德国600万t，占5.9％；意大利398万t，占3.9％。
世界线材生产消费基本平衡，但各国的生产和消费并不平衡。其中，中国是线材的最大生产国，同时也是最大的线材消费国，2023年消费线材2650万t，占总消费量的33.8％；美国线材消费量735万t，位居世界第二，占9.4％；日本线材消费量604.5万t，位居世界第三，占7.7％；德国线材消费量595.7万t，位居第四，占7.6％；意大利线材消费量432万t，位居第五，占5.5％。
1．2 钢丝制品行业的现状及发展
世界金属制品目前年产量约为2480万t。其中钢丝约为2250万t。中国、日本、德国、韩国、墨西哥、巴西等为重要生产国。钢丝的生产方法重要是冷拉拔。拉丝速度的快慢是钢丝生产技术水平的一个重要指标，也是钢丝生产中各工序主体装备水平先进与否的一个综合反映指标。
1.2.1 钢丝制品行业的现状
高性能的钢丝绳不仅规定足够的强度 (≥2023MPa)，还规定良好的抗疲劳性能和高的成材率。研究表白，钢丝绳能否实现高性能化重要取决于其微观结构，而微观结构受控于原材料成分、拉拔和热解决工艺。
目前，国内外厂家大都采用0.62～0.82%的高碳钢作为高性能钢丝绳生产的原料[15~17]。传统理论认为，细小均匀的索氏体组织（双相组织）具有良好的冷加工性能和机械性能，是钢丝拉拔的最佳组织，而要获得单一的索氏体组织就只能选择共析钢或接近共析成分的钢材。
1.2.2 钢丝制品行业的发展方向
2023年10月，“从盘条到丝材及丝制品”国际会议在意大利Stresa召开[18]。会议中介绍了欧洲盘条和高强度钢丝研究现状。欧洲高强度盘条、冷拔钢丝及相关工艺的研究重要目的和方向在于：
(1)在保持高强度水平的前提下，通过微观组织设计与控制改善冷拔性能及韧性，同时还减少能耗和环境污染；
(2)研发新技术和改善已有技术。以便经济、清洁和安全地生产高使用性能的钢铁产品。合用且用户满意、长服役寿命并易于回收及再循环使用。
中国虽然是世界上线材生产与消费第一大国，但还不能称得上是线材强国。中国的线材生产技术和欧洲相比尚有一定的差距。中国线材发展(1)要进一步提高高速线材比例，重点发展国产高速线材轧机，提高线材轧机的国产化水平，增强超强度、超细晶粒钢的研发能力。(2)提高品种质量，调整品种结构，发展高碳钢、低合金高强度钢、特殊钢、不锈钢、钢帘线钢等优质线材，高附加值高档线材比应大于50％，减少高端产品的进口。(3)在炼钢方面采用二次精炼技术，冶炼超纯净钢；采用大方坯连铸与轻压下技术，配备电磁搅拌，气体保护浇铸；同时要开发异型断面线材等。
1．3 钢丝的概述和生产工艺
1.3.1 钢丝的概述
钢丝拉拔技术历史悠久，早在公元前就发明了该项技术。根据考古发现，远在2023年前我国就采用了锤锻方法制造金属丝的生产技术，是世界上最早进行金属丝生产的国家之一[19]。如今，在欧洲的一些博物馆中，仍能见到15世纪以来有关拉丝模、拉丝作业场面的彩色图片。钢丝绳的发展经历了由低碳钢丝制成的简朴结构钢丝绳，到索氏体化解决后的中碳钢丝以及如今的高碳钢丝捻制钢丝绳。
钢丝产品的应用非常广泛，涉及到国民经济的各个部门[5~12]。钢丝生产是国民经济体系中不可缺少的重要组成部分。大生产的钢种中，强度最高的钢铁材料是高碳珠光体钢经拉拔加工得以强化的高碳钢丝。高碳钢丝被广泛应用于轮胎增强用钢帘线、桥梁用镀锌钢丝、预应力混凝土用钢丝等，在工业中也占据着重要地位。
1.3.2 冷拉钢丝的特点
冷拉钢丝与热轧钢材相比，具有以下特点[20]:
⑴ 冷拉钢丝产品的断面几何形状规则、尺寸偏差小、表面光滑、光洁度高，可不再经任何加工而直接供其它工业部门使用。
⑵ 冷拉钢丝加工性能好，通过一系列的冷拉加工，可以将直径拉成很小，近代技术水平己能冷拉成最细可达Φ0.01mm的合金钢丝和Φ0.001mm的优质碳素钢丝。而热轧线材目前最小断面尺寸是Φ5.0mm。
⑶ 冷拉钢丝因加工硬化而获得较高的抗拉强度及韧性。
⑷ 冷拉钢丝产品具有良好的弹性及塑性。
1.3.3 钢丝绳生产工艺流程[21~26]
生产钢丝的原料是Φ6.5-13mm的热轧盘条。其生产工艺如图1所示。热轧盘条经力学性能，化学成分等基本检查合格后投入生产；冷拉拔前需要进行去除热轧盘条表面的氧化皮、酸洗除锈、涂润滑层等预解决；由于钢丝拉拔是一个冷变形过程，随着着剧烈的加工硬化，难以一次拉拔至成品尺寸，因此以两次中间热解决为标志将拉拔变形分为大、中、细拉三个阶段；大、中拉间的正火解决的目的是消除拉拔过程中所导致的冷加工硬化，恢复钢丝塑性，以便进行进一步的冷拉拔；而细拉前进行的中间热解决不仅可以消除拉拔过程中所导致的加工硬化，其重要目的是为了生产出具有良好综合机械性能的成品钢丝。一般都采用铅浴淬火工艺，以获得可拉拔性最佳的索氏体组织；根据钢丝制品不同的使用环境，细拉前需进行镀锌、镀铜或磷化等解决；根据所生产的钢丝绳结构将成品钢丝进行捻股成绳。
原 料
大 拉
机械去皮、酸洗
润滑涂层
中 拉
中间热解决（铅浴淬火）
镀锌/铜/磷化

细 拉
捻股成绳
中间热解决（正火）

图1.钢丝绳生产工艺路线示意图
1.3.4 钢丝拉拔预解决
无论是热轧线材或经热解决后的半成品钢丝，其表面均有一层硬而脆的氧化皮层。这些氧化铁皮一方面使后步工序润滑层不能牢固地和钢材基体结合，另一方面在拉拔时，由于氧化铁皮硬度很高，塑性较差，会刮伤模具和钢丝表面，再则氧化铁皮夹在模壁与钢丝之间，不仅会增大其间的摩擦，增大了摩擦力，严重时会引起断丝；并且有时氧化铁皮也许被压入钢丝基体之中，导致镀保护层时形成“翘皮”等缺陷。因此，必须在钢丝拉拔前往除这些氧化铁皮层。去除的方法，按其性质有机械法和化学法两种。目前在国内大量采用的方法还是化学酸洗法，机械法只是在低碳钢线材和中、高碳钢线材的预解决上得到应用[27]。
由于拉拔是在夹具所施拉力作用下迫使金属通过模孔而变形,变形区内金属承受着径向和周向为压应力、纵向为拉应力的“两压一拉”应力状态[28]。当制品在模孔出口断面上拉伸应力数值超过材料的强度极限时，就会出现拉断现象。此外，在拉拔过程中，由于变形金属与模具之间的相对滑动速行表面润滑涂层解决，度较大，因而变形热效应与摩擦热效应使模具温升特别显著。为了促进钢丝拉拔顺利进行，避免多道次拉拔润滑条件恶化，减少模具损伤，酸洗后的钢丝还要进即通过化学或物理的作用，使钢丝表面涂上或生成一层较厚、附着力强、表面粗糙的润滑层，以便在后步拉拔时吸附润滑剂，将其载入模内，形成润滑膜。
1.3.5 钢丝拉拔
冷拔钢丝生产过程中，原料在拉拔力作用下，形成径向压缩轴向拉伸的应力状态，使金属产生塑性变形[29~30]。拉丝变形是在一个特殊的应力状态下进行的。在拉丝状态下，材料受到径向压应力和轴向拉应力的作用，若不考虑摩擦力的作用，越靠近材料的表面，压应力越大，拉应力越小；而在材料的心部，压应力较小，而拉应力较大。因此，在拉丝状态下，材料表面上在拉丝模入口处受到最大的压应力，心部在拉丝模出口处受到最大拉应力和较小的压应力。若考虑摩擦力的作用，材料的应力大小还与模具设计、拉丝过程中的润滑等有关，因此材料在拉丝模腔中的变形是一个极其复杂的过程。
1.3.6 钢丝的热解决
由于钢丝的拉拔塑性变形是在室温下进行的，且钢丝拉拔过程形变量较大，所以随着形变量的加大，必然会发生冷加工硬化，即强度、硬度不断升高，变形抗力不断加大，塑性却不断下降。当形变量达成一定值后，硬化现象严重，金属无法继续进行冷加工变形，钢丝则表现为拉拔脆断。
对钢丝进行适当的热解决，可以改变其塑性和加工性能并保证拉拔过程的正常进行，进而达成所规定的成品钢丝最终性能，因此它是钢丝生产过程中的一道关键的工序。钢丝的热解决方式和种类很多，有退火、正火、等温淬火、回火、调质解决和形变热解决等。但是在中高碳钢丝的生产过程中，运用的比较多的是在铅液介质中钢丝的等温淬火热解决，以获得索氏体组织，故也称为索氏体化解决或铅淬火、铅浴解决。
钢丝热解决若按照它在钢丝生产工艺流程中的位置和作用，可分为预先热解决、中间热解决和最终热解决三种[13]：
⑴ 为了提高热轧盘条的塑性，消除其组织的不均匀性，要进行拉拔和预先热解决。这是对钢丝原材料所进行的热解决。但并不是所有的原材料都要进行热解决，对于经轧制后采用控制冷却索氏体化了的线材，由于其组织均匀，冷拉性能好，不需进行预先热解决。再有，一般低碳钢原材料线材均不需要进行预先热解决。
⑵ 为了消除拉拔过程所导致的冷加工硬化现象，恢复钢丝的塑性，要进一步进行继续冷加工的中间热解决。一般中间热解决在钢丝生产过程中是必不可少的。
⑶为了保证成品钢丝的机械性能，进行钢丝的最终热解决。
1．4 本课题的研究意义和内容
1.4.1 本课题的研究意义
随着我国经济的迅猛发展，金属制品已成为国民经济的重要支柱，而钢丝作为金属制品的重要产品之一，被广泛应用于工业、农业，以及人民的平常生活中，但目前国内的钢丝生产技术无法满足我国经济的发展。目前，国内大部分钢丝制品生产公司仍然是靠前苏联的生产技术，以及参考一些经验性的结论组织生产。由于缺少钢丝高速拉拔变形的机理性研究，甚至对原材料的组织性能的一些观点也无法提供科学依据。导致我国的钢丝生产公司拥有一整套具有国际先进水平的生产线却不能高效生产出国际市场上的高端产品以满足国内市场需求。
近年来，虽然我国钢丝制品的强度得到显著提高，然而，影响钢丝力学性能的很多因素并未研究清楚，涉及钢丝拉拔变形过程中微观组织与力学性能的变化、珠光体钢丝在高温下的组织变化和断裂问题。因此，热解决对中高碳钢的组织、性能的影响，急需大家的研究。
1.4.2 本课题的研究内容
本课题的研究内容涉及以下两部分：
⑴ 冷拉拔钢丝变形条件下珠光体组织形变特性。研究钢丝内珠光体组织在高速大应变拉丝变形状态下的变形特性，从组织形貌上探索冷拉拔钢丝高强度的来源；
⑵ 冷拉拔钢丝在不同温度下组织的稳定性研究。钢丝作为工业产品，其生产过程有也许处在不同温度下，因此研究钢丝组织在不同温度下退火后组织性能的变化变得颇为重要。
由于钢丝高速大应变拉拔变形过程是一个系统的工程性问题，而在实验室里无法实现类似于工厂生产的大规模高速连续变形的工艺性实验，但对于钢丝拉拔这一工程性问题，又必须有规模化实验的记录数据才干说明评价新工艺的优劣。因此本文的研究只能是根据实验结果给与理论上的分析，并提出一定的生产建议。
2 实验材料与方法
2．1 实验材料
本课题实验材料采用江苏法尔胜集团生产的70#钢丝，其化学成分如表1所示。将Φ5.5mm的70钢丝通过铅浴解决后进行拉拔，试样采集为通过6道次拉拔Φ2.6mm的钢丝、8道次拉拔Φ2.0mm的钢丝和通过9道次拉拔Φ1.8mm的钢丝。
表１　７０钢化学成分（质量分数）
元素
C
Si
Mn
Cr
Ni
S
P
含量
0.67～0.75
0.17～0.37
0.5～0.8
≤0.25
≤0.25
≤0.045
≤0.04
2．2 微观组织分析
2.2.1 组织观测方法[31~33]
将材料制备成金相样品，4%硝酸酒精腐蚀，采用 OLMYPLUS 金相显微镜、QUANTA 200型扫描电子显微镜（SEM）观测材料的显微组织形貌，可观测到索氏体组织形貌。
2.2.2 珠光体片层间距的测定
珠光体片层间距的定义为两片相邻的铁素体（中间夹着一片渗碳体）或两片相邻的渗碳体（中间夹着一片铁素体）中心线的距离，也可用一片铁素体和一片渗碳体的厚度之和来表达。本实验中，采用两片相邻的渗碳体中心线的距离来衡量珠光体的片层间距。
在QUANTA 200型扫描电镜下，观测热轧盘条的金相组织，测量15～20片渗碳体的距离，计算出珠光体的片层间距；每个样品测量15～20个珠光体团的片层间距，取平均值作为该样品的珠光体片层间距值。
2．3 示差扫描量热（DSC）分析[34]
示差扫描量热法是将试样和参比物处在以一定速度加热或冷却的相同温度状态环境中，记录下试样和参比物之间建立零温差时所需要的能量，并对时间或温度作图。
在物质匀速加热或冷却的过程中，当达成特定温度时会发生物理或化学变化，在变化过程中，往往随着有吸热或放热现象，这样就改变了物质原有的升温或降温速率。示差扫描量热法就是运用这一特点，通过测定样品与热稳定的参比物之间的温度差与时间的关系，来获得有关热力学或热动力学的信息。
本文研究中采用美国 TA 公司生产的 DSC-Q10 差式扫描量热仪分析强塑性变形（ε=1.50）70钢钢丝在加热过程中的热效应，以此判断强塑性变形钢丝在加热过程中的相变过程。实验参数：升温速度 20℃ / min，采用氮气保护，测试温度范围 室温至500℃。
2．4 钢丝热解决
根据DSC曲线判断出钢丝的相变温度，采用真空炉进行退火解决，保温30min，随炉冷却。取出后对热解决过的钢丝进行力学性能实验，以及观测微观组织变化。
将直径为Φ2.6的冷拉钢丝分别在100℃, 200℃, 300℃ ,400℃等温度下保温30分钟，随炉冷却。观测在不同退火温度下钢丝的力学性能变化，并总结规律。
3 珠光体钢丝的组织研究
共析钢微观组织是由很多的珠光体团组成，且相邻珠光体团的片层排列方向不同。钢丝冷拉拔过程中，宏观上随着钢丝直径的减小钢丝强度不断上升，而微观上珠光体团随之纤维化，并且珠光体片层逐渐转向平行钢丝轴向方向。随着现代技术的发展，分析水平的提高，对珠光体钢丝塑性变形过程中组织变形的研究不断进一步。
本章从观测分析70钢钢丝生产过程中微观组织入手，探讨珠光体钢丝在高速大应变状态下的组织变化机制。
3．1 金相分析
图2是Φ5.5mm的70钢盘条原始组织金相照片。从图可以看出是典型的索氏体组织，珠光体团呈细小等轴状，沿纵向或横向均无明显的方向性。

（a）=0 （横截面） （b）=0（纵截面）
图2 70钢盘条原始组织金相照片
图3是热轧盘条经6道次拉丝变形由Φ5.5mm变形到Φ2.6mm（ε=1.50）钢丝的金相组织照片。从图可以看到钢丝横截面上，晶粒显著细化（图3 a）；而在纵截面上（沿拉丝方向），晶粒明显被拉长（图3 b）。

（a）形变后ε=1.50的金相组织 (横截面) （b）形变后ε=1.50的金相组织(纵截面)
图3 ε=1.50的组织金相照片
图 4 是热轧盘条经8道次拉丝变形由Φ5.5mm 变形到Φ2.0mm（ε=2.02）金相组织照片。 从图可以看到钢丝横截面上，钢丝晶粒进一步细化（图4 a）；而在纵截面上，钢丝组织呈现出纤维化组织形态（图4 b）。

(a)形变后ε=2.02的金相组织 (横截面) （b）形变后ε=2.02的金相组织(纵截面)
图 4 ε=2.02的组织金相照片
图 5 是热轧盘条经9道次拉丝变形由Φ5.5mm 变形到Φ1.8mm（ε=2.24）金相组织照片。 从图可以看到钢丝横截面上，钢丝晶粒更加的细化（图5 a）；而在纵截面上，钢丝组织已明显呈现出纤维化，为典型的冷拉拔变形组织形态（图5 b）。

（a）形变后ε=2.24的金相组织 (横截面) （b）形变后ε=2.24的金相组织(纵截面)
图 5 ε=2.24的组织金相照片
以上图片表白：70钢钢丝经冷拉拔形变后，钢丝纵截面上形成纤维状组织，而横截面上珠光体片层发生剧烈扭曲。传统理论认为是脆性相的渗碳体也表现出一定的塑性变形能力。
3．2 珠光体片层形态变化
由于钢丝组织非常细小，在金相显微镜下难以观测珠光体片层形态的变化。而对于共析点附近的珠光体钢来说，其各项力学性能与珠光体片层分布形态密切相关，因此本节采用扫描电子电镜观测分析了不同拉拔变形应变量下70钢钢丝的珠光体片层形态，并分析了其随着拉拔变形应变量增大而变化的规律。
图6是Φ5.5mm热轧盘条的原始组织横截面SEM照片。可以看出这是典型的共析钢索氏体组织，珠光体团尺寸约4-6μm，呈等轴状。珠光体片层平直，且各相邻珠光团片层排列无明显的择优取向性，片层间距约0.20μm。晶界上也无先共析铁素体析出。

图6 70钢的原始组织（横截面）
图7为经不同应变量（ε=1.50，2.02，2.24）拉拔变形后钢丝横截面组织变化SEM照片。从图可以看出随着拉拔变形应变量的不断增大，钢丝横截面上珠光体片层间距逐渐减小；大量珠光体团片层逐渐调整至平行丝轴方向；此外，部分形变前平直的珠光体片层，在拉丝变形的作用下逐渐变得弯曲，传统理论认为这是脆性相的渗碳体在拉丝变形径向受压、轴向受拉的应力状态下表现出一定的塑性变形能力所致。

(a) ε=1.50的SEM照片（横截面）

(b) ε=2.02的SEM照片（横截面）

(c) ε=2.24的SEM照片（横截面）
图7 拉拔变形后钢丝横截面组织
图8是钢丝的原始组织纵截面的SEM照片。可以看出与横截面相似，是典型的共析钢索氏体组织。

图8 70钢的原始组织（纵截面）
图9 给出了不同形变量下（ε=1.50，2.02，2.24）钢丝的纵截面上珠光体的显微组织形貌。从图中可以清楚地看到，随着应变量的增长，渗碳体片逐渐转到与拉丝轴平行的方向上，当ε=1.50时基本上所有珠光体片都至调整至平行丝轴排列（如图9 a所示）；应变量进一步增大，沿丝轴排列的珠光体片层间距随之逐渐减小，铁素体片层厚度<100nm，类似于细片层叠层材料。但是不同原始排列状态的珠光体团其片层间距变化的速度也有差别：原始平行丝轴方向排列的珠光体团片层间距减小的最快，逐渐变成纤维状；而原始垂直于丝轴方向排列的珠光体团，其片层排列方向的调整较为困难。随着拉拔变形应变量继续的增大，渗碳体片不仅被拉长变薄，并且急剧破碎。

(a) ε=1.50的SEM照片（纵截面）

(b) ε=2.02的SEM照片（纵截面）

(c) ε=2.24的SEM照片（纵截面）
图9 拉拔变形后钢丝纵截面组织
由以上图片可以明显看出，形变前的70钢钢丝中珠光体片层为随机取向，Fe3C片很平直。随着形变量的增长，钢丝横截面上珠光体片层逐渐变得弯曲，渗碳体表现出良好的塑性变形能力，但在应变量较大时，局部区域Fe3C片也发生了剧烈的破碎。钢丝纵截面上，珠光体片逐渐转到与拉丝轴平行的方向上，最后变成纤维状，基本与拉丝轴方向一致。Fe3C片越接近平行于拉丝方向排列，越有助于拉丝形变的进行。
通过对不同变形量70钢钢丝纵截面微观组织的观测，可根据珠光体片层排列方向将珠光体团提成三种类型：珠光体片层平行于丝轴方向、垂直于丝轴方向以及珠光体片层与丝轴成一定夹角θ（0°< θ <90°）。在拉丝应力状态下，珠光体片层重要受到平行于丝轴方向的拉应力和垂直于拉丝轴方向的压应力，根据珠光体片层与丝轴方向之间的角度不同，可以将珠光体团的变形提成三种类型，其形变过程如图10所示：
I 型 —— 珠光体片层与丝轴方向有一定角度的(θ<90°)，拉丝变形过程中，在平行于丝轴方向的拉应力和垂直于丝轴方向的压应力共同作用下，其珠光体组织变形,涉及片层间距减小和片层排列方向逐渐转到丝轴方向两个方面。拉丝变形应变量足够大后，其珠光体片层排列方向调整至基本平行于丝轴。
II 型 —— 珠光体片层平行于丝轴方向,拉应力和压应力都将减小其珠光体的片层间距，变形过程中片层间距减小速度为三种类型中最快，且珠光体片层方向一直与丝轴方向保持平行。
III 型 —— 珠光体片层垂直于丝轴方向,变形过程中沿着丝轴方向的拉应力将导致珠光体片层间距的增大，而垂直于丝轴方向的压应力作用于珠光体片层的两端，由于珠光体片层宽度较大，整体转动较为困难，所以珠光体片层逐渐弯曲，直至断裂。

图10 珠光体片层的形态变化示意图
从上面的分析可以看出，渗碳体片层排列方向与拉丝轴方向越接近越有助于拉丝形变的进行，从而可以得到更大变形量、更高强度的钢丝。
4 热解决对钢丝组织的影响
如前文所述，70钢钢丝大应变拉拔变形后，珠光体片层间距减小，且珠光体片层沿丝轴方向定向排列，这种类似于叠层复合材料的微观结构为珠光体钢丝实现高强度化提供了组织保障。然而由于高强度钢丝制品往往由于后续加工而处在不同温度下，因此必须考虑这种组织的稳定性问题。
4．1 退火温度对钢丝微观组织的影响
图11为ε＝1.50的冷拉70钢丝在不同温度下退火的横截面组织的照片。图11a是在100℃退火的组织，与图7a相比，渗碳体的数量比较少。图11b是在200℃退火的组织，组织整体均匀化，渗碳体的数量进一步减少，溶解量增多，组织中的渗碳体进一步细化，渗碳体片变薄, 分布也更加均匀。图11c是300℃退火的组织，这时片层状渗碳体有长大的趋势, 渗碳体片大量增多，渗碳体片变厚。从300℃开始，随着退火温度的升高，组织变得越来越粗大，颗粒状碳化物析出，析出碳化物的数量增多，渗碳体颗粒逐渐长大，这点可从图11d 400℃退火的组织中看出来。

(a) 钢丝100℃退火组织SEM (横截面)

(b) 钢丝200℃退火组织SEM (横截面)

（c）钢丝300℃退火组织SEM (横截面)

(d) 钢丝400℃退火组织SEM (横截面)
图11 退火解决冷拉70钢丝横截面组织变化
图12为ε＝1.50的冷拉70钢丝在不同温度下退火的纵截面组织的组织形貌。在冷拉钢退火过程中，随着退火温度的升高，晶粒逐渐长大，在200℃退火时(如图12b )，渗碳体几乎已经完全消失，表白渗碳体发生了更多的溶解，组织中的起伏更大。300℃退火时(如图12c )，组织起伏减小，细片(丝)状渗碳体少量析出。随着退火温度的升高，析出量增长，析出的渗碳体颗粒逐渐长大。
理论认为，这是再结晶过程在起作用。渗碳体在本来纤维组织间型核、长大，但由于退火温度并没达成再结晶温度，只是到达了再结晶开始温度，保温时间也不够长，再结晶过程并未完毕。

(a) 钢丝100℃退火组织SEM (纵截面)

(b) 钢丝200℃退火组织SEM (纵截面)

(c) 钢丝300℃退火组织SEM (纵截面)

(d) 钢丝400℃退火组织SEM (纵截面)
图12 退火解决冷拉拔钢丝纵截面组织变化
4．2 DSC曲线分析
通过DSC曲线中出现的峰可以判断物体在加热过程中是否放出能量，从而可以判断材料是否发生了相变，本实验采用Φ2.6（ε=1.50）钢丝。实验中的加热速度为 20℃/min，温度由常温加热到500℃。钢丝加热过程的 DSC 曲线如图13所示。
放热峰

图13 钢丝在加热过程中的 DSC 曲线
从 DSC 曲线上可以明显看出，钢丝的 DSC 曲线在大约450℃附近存在一个明显的放热峰（图中箭头所指），放热转变温度范围在400℃～500℃。
将Φ2.6（ε=1.50）钢丝在450℃真空炉中退火，保温30min。图14为退火后钢丝的金相组织。(a)为退火后钢丝横截面金相组织，(b)为退火后钢丝纵截面金相组织。

（a）ε=1.50钢丝退火横截面金相组织 （b）ε=1.50钢丝退火纵截面金相组织
图14 退火后钢丝的金相组织
为了进一步观测退火后组织的变化，图15为退火后钢丝的SEM照片，（a）为退火后钢丝横截面SEM照片，（b）为退火后钢丝纵截面SEM照片。

(a) ε=1.50钢丝退火横截面SEM

（b）ε=1.50钢丝退火纵截面SEM
图15 退火后钢丝的SEM照片
与退火前钢丝组织（图2，图7 a，图9 a）对比，退火后渗碳体由片状转变为球状。之所以有如此变化，是由于钢丝在拉拔过程中，存储了大量形变能，具有很高的能量，所以在加热过程中才有发生渗碳体的球化现象。

结 论

本文以高强度冷拔70钢钢丝生产和拉丝形变过程为对象，以研究70钢丝拉拔变形过程中钢丝微观组织的变化规律，以及热解决对钢丝组织的影响为出发点，在综合分析金相、SEM以及进行的差热分析，初步总结了拉拔变形过程中珠光体变形规律，基本明确了热解决对钢丝组织的影响。研究了拉拔变形过程中珠光体片层形态、间距的变化，得出了以下结论：
1. 金相观测显示，70钢盘条经冷拉拔形变后，晶粒取向有本来无明显方向性变为平行于丝轴方向。在横截面和纵截面上的表现为：随着应变量的增大钢丝横截面上晶粒逐渐细化，而在纵截面上晶粒被拉长直至呈纤维状；
2. 形变前的70钢Fe3C片很平直。随着形变量的增长，钢丝横截面上珠光体片层逐渐变得弯曲，渗碳体表现出良好的塑性变形能力，但在应变量较大时，局部区域Fe3C片也发生了剧烈的破碎；
3. 钢丝拉拔变形过程中珠光体片层间距变化可分为三个阶段：1）应变量较小时，钢丝整体变形重要由各珠光体团间协调调整和片层平行丝轴排列的珠光体团变形协同完毕，因此珠光体平均片层间距减小较慢；2）随着应变量的增大，大量珠光体团开始变形，钢丝组织中珠光体平均片层间距减小速度显著增快；3）当应变量超过1.5时，绝大部分珠光体团片层已调整至平行丝轴方向，钢丝径向的减径变形由少量片层垂直于丝轴排列珠光体团（III型）在径向压力的作用下其珠光体片层弯曲，甚至断裂实现，此阶段珠光体平均片层间距减小速度又恢复到较小的状态；
4. 研究热解决对钢丝组织的影响表白：随着退火温度的升高，晶粒逐渐长大，在200℃退火时，渗碳体几乎已经完全消失，表白渗碳体发生了更多的溶解，组织中的起伏更大。300℃退火时，组织起伏减小，细片(丝)状渗碳体少量析出。随着退火温度的升高，析出量增长，析出的渗碳体颗粒逐渐长大。400℃以上退火，钢丝中承载相渗碳体片开始球化。

致 谢

本论文是在导师吴锵专家悉心指导下完毕的。我整个实验过程中得到吴锵老师的耐心指导。当我碰到不懂的难题时，他总是给我提供大量的参考资料，并给我以指导性意见。还请了硕士生宫杰学长给我答疑解惑，使我在碰到难关的时候能较好的克服。在他的指导下，我不仅学到了很多专业知识，更为重要的是掌握了一套课题研究的方法和思维模式，这使我在将来的工作和学习中将终身受益。值此论文完毕之际，谨向导师吴锵专家致以崇高的敬意和最衷心的感谢！
在整个论文课题的研究进程中，得到了硕士生宫杰学长的大力支持和帮助。他不仅在实验技能上给我很大的帮助，并且经常就课题的具体问题与我进行讨论，使我受到很多启发，在此非常感谢他给予我的指导和帮助。
本课题的实验材料70#钢丝由江苏法尔胜集团生产提供，在此非常感谢苏法尔胜集团对本次实验的大力支持和帮助。
毕业在即，祝愿南京理工大学材料系再创辉煌！祝愿所有人都有一个美好的未来！

参 考 文 献

[1] 周劲. 我国钢铁工业发展规模与资源支撑能力研究[J]. 中国经贸导刊, 2023. 15（2）：25－27.
[2] 中国钢铁工业协会. 2023年钢铁工业记录年报报告[EB/OL]. , 2023-07-10.
[3] 殷瑞钰. 钢的质量现代进展[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1995.
[4] 杨金善. 世界钢铁工业发展简介[J]. 冶金信息导刊, 1999(1): 20-22.
[5] 曾兴富. 小方坯连铸机高效化探讨[J]. 炼钢，2023, 16（2）:1-4.
[6] Wernick. Iddo K. Consuming Materials: The American Way. Technological forecasting and social change. 1996, 23(1): 111-122.
[7] Wu Yanrui. The Chinese steel industry: recent developments and prospects. Resources Policy, 2023, 26(3): 171-178.
[8] 孙金茂. 推动预应力钢丝钢绞线用盘条国产化[J]. 金属制品, 1998, 24(6): 2-3.
[9] 谢青青. 低松弛高强度PC钢绞线的生产[J]. 湖南冶金, 1998, 17(3): 21-22.
[10] 中国钢铁工业协会. 2023年钢铁工业记录年报报告[EB/OL]. 2023-07-10.
[11] 殷瑞钰. 钢的质量现代进展[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1995
[12] 杨金善. 世界钢铁工业发展简介[J]. 冶金信息导刊, 1999, 14(1): 20-22.
[13] 宋为, 窦光聚, 陈金晟, 谢景. 世界线材及其制品的现状与展望[J]. 金属制品, 2023, 28(2): 1-5.
[14] 戴宝昌. 世界线材生产现状与发展[J]. 河南冶金，2023, 12(2): 3-6.
[15] 王宝玉, 宋为. 我国胎圈钢丝供需现状和展望[J]. 轮胎工业, 2023， 6（2）: 323-326.
[16] 赵发忠. 我国弹簧钢丝生产现状及发展策略[J]. 金属制品，2023, 30（2）：1-3.
[17] Jan W. Pilarczyk. Analysis of reasons for increase of tensile, yield strength and number of twists of wires drawn in pressure dies[J]. Wire Journal International, 2023, 7(12): 138-147.
[18] 陈其安. “从盘条到丝材及丝制品”——国际会议及欧洲盘条与高强钢丝研发现状简介[J]. 中国冶金, 2023, 15(12): 44-45.
[19] 戴宝昌. 重要用途线材制品生产新技术[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2023.
[20] 林秀山, 蒋永康. 加速预应力钢丝钢绞线用盘条的国产化进程[J]. 上海金属, 2023, 22(1): 53-58.
[21] 李志深. 钢丝生产工艺[M]. 北京：冶金部金属制品情报网, 1992.
[22] 白木. 轮胎用钢帘线的性能、技术及市场[J]. 橡胶参考资料, 2023, 35（1）：6-7.
[23] 黄天雄. 我国低松弛预应力钢丝钢绞线发展现状和展望[J]. 金属制品， 1995, 21(3): 5-8.
[24] 谈玉坤. “十五”轮胎胎圈钢丝和钢丝帘线需求预测[J]. 决策参考，2023, 17(21): 15-17.
[25] 张剑. 钢丝帘线在轻型载重子午线轮胎中的应用[J]. 轮胎工业, 2023，23(4)：672-673.
[26] 胡梦珍. 金属的磷化解决[M]. 北京: 机械工业出版社, 1992.
[27] 庞玉华. 金属塑性加工学[M]. 陕西: 西北工业大学出版社，2023.
[28] 姚若浩. 金属压力加工中的摩擦与润滑[M]. 北京：冶金工业出版社，1990
[29] 王学文. 金属成形工艺与分析[M]. 上海：科学技术出版社, 1988.
[30] 俞德宗. 全钢子午线轮胎用钢丝帘线的生产现状及发展趋势[J]. 轮胎工业，2023, 22(10): 579-581.
[31] 陈世朴, 王永瑞. 金属电子显微分析[M]. 北京: 机械工业出版社, 1982.
[32] 黄俊霞, 王经涛, 张郑. 珠光体组织的等径弯曲通道变形[J]. 材料研究学报，2023，19(2)：200-206.
[33] 刘方根. 钢丝在冷拔过程中的相变[J]. 金属热解决, 1999, 9(3): 42-43.
[34] 左演生, 陈文哲, 梁伟. 材料现代分析方法[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 2023.

二〇〇六年十一月十七日